聚合物復合電解質(zhì)（PCEs）在提升電池安全性、穩(wěn)定性和能量密度方面具有顯著優(yōu)勢，是實現(xiàn)高能量密度儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵材料之一。然而，PCEs在實際應用中仍面臨嚴峻的界面挑戰(zhàn)，尤其是在高電壓或高能量密度體系中，界面不穩(wěn)定、副反應頻發(fā)及界面相容性差等問題更為突出，嚴重制約了離子傳導效率與電池整體性能。因此，系統(tǒng)分析高能量密度條件下的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，并提出針對性解決方案，對推動下一代儲能系統(tǒng)發(fā)展具有重要意義。盡管已有策略在改善界面性能方面取得了一定成效，但其在高能量密度電池體系中的適用性仍有待進一步驗證。
針對上述挑戰(zhàn)，北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授團隊系統(tǒng)研究了固態(tài)電池中多尺度界面性能的調(diào)控機理與策略：提出了基于界面結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)載流子選擇性傳輸?shù)睦碚摽蚣埽?em>Adv. Mater. 2024, 36, 2407923）；通過深入解析填料-聚合物界面相互作用機制，提出了“體相活性填料”與“表面活性填料”的分類策略（Small 2023, 19, 2305326）；開發(fā)了Li3AlF6等高電壓穩(wěn)定涂層技術(shù)，有效抑制了LiCoO2與PEO界面間的化學副反應和結(jié)構(gòu)退化（Nano-Micro Lett. 2022, 14, 191）；通過引入剛性無機填料和有機交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，顯著增強了電解質(zhì)的抗枝晶能力與力學強度（Chem. Commun. 2022, 58, 8182）；此外，通過運用表面缺陷工程，在LLZTO陶瓷顆粒中構(gòu)建氧空位（OV-LLZTO），作為PEO鏈的有效錨定點，大幅提升了聚合物-陶瓷界面結(jié)合強度（Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2210845）。上述研究不僅深化了對高性能復合固態(tài)電解質(zhì)界面結(jié)構(gòu)的理解，也為高能量密度、高安全性全固態(tài)鋰電池的實際應用提供了關(guān)鍵的材料設(shè)計原則與技術(shù)路徑。
近日，潘鋒教授與深圳大學胡江濤副教授（原潘鋒教授博士生）等合作團隊，系統(tǒng)綜述了聚合物復合電解質(zhì)在高能量密度固態(tài)電池中所面臨的關(guān)鍵界面問題，深入剖析了離子傳輸機理、正負極界面穩(wěn)定性及副反應控制等核心難點，并提出了創(chuàng)新性的優(yōu)化策略與未來研究方向。文章不僅梳理了過去幾十年該領(lǐng)域的研究進展，還展望了新型填料開發(fā)、人工智能輔助設(shè)計以及規(guī)模化制備等前沿趨勢，為推動下一代高安全性、高能量密度儲能體系的開發(fā)奠定了理論與技術(shù)基礎(chǔ)。該研究成果不僅為固態(tài)電池的基礎(chǔ)研究與工程應用提供了重要參考，也將為新能源汽車、航空航天及可再生能源等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有力支撐。
相關(guān)研究成果以“Interface Engineering and Optimization Strategies for High-Energy-Density Batteries Based on Polymer Composite Electrolytes”為題，發(fā)表于國際著名學術(shù)期刊《先進材料》（Advanced Materials, doi.org/10.1002/adma.202504186）。
聚合物復合電解質(zhì)（PCEs）改性方法總結(jié)圖
該工作在北京大學新材料學院潘鋒教授與深圳大學任祥忠教授、張黔玲教授、胡江濤副教授的共同指導下完成。研究獲得了國家自然科學基金、深圳市科技計劃、廣東省教育廳項目、湘江實驗室項目和物質(zhì)基因組大科學設(shè)施平臺重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目的支持。
